DE2659555A1 - Defective nuclear reactor fuel rod localiser - has deflecting springs with strain gauges on fingers with ultrasonic test heads - Google Patents
Defective nuclear reactor fuel rod localiser - has deflecting springs with strain gauges on fingers with ultrasonic test headsInfo
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Abstract
Description
Einrichtung zum Lokalisieren defekter Brennstäbe eines Reaktor-Device for locating defective fuel rods in a reactor
Brennelements Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Lokalisieren defekter Brennstäbe aus innerhalb zu Brennelementen zusammengefassten Brennstabbündeln wassergekühlter Kernreaktoren, wobei in die Räume zwischen den Brennstäben senkrecht zu den Brennstabachsen ein Traggestell mit kammartig angeordneten Fingern, deren freie Fingerenden mit Ultraschallprüfköpfen bestückt sind, einführbar ist und wobei die Ultraschallprüfköpfe mittels Federn gegen die zu prüfenden Brennstäbe drückbar sind nach Patentanmeldung P 26 05 962.1.Fuel assembly The invention relates to a device for localization defective fuel rods from fuel rod bundles combined to form fuel assemblies water-cooled nuclear reactors, being perpendicular to the spaces between the fuel rods to the fuel rod axes a support frame with fingers arranged like a comb, whose free finger ends are equipped with ultrasonic probes, can be inserted and wherein the ultrasonic probes can be pressed against the fuel rods to be tested by means of springs are according to patent application P 26 05 962.1.
Beispielsweise besteht der Kern eines leichtwassergekühlten Druckwasser-Reaktors der 1200 MW Leistungsklasse aus ca.For example, there is the core of a slightly water-cooled pressurized water reactor the 1200 MW power class from approx.
40-50 tausend Brennstäben, die jeweils in einzelne Gruppen von ca. 200 Stück zu sogenannten Brennelementen zusammengefasst sind. Ein Brennelement ist aufgebaut aus zwei Endstücken, den Führungsrohren für die Aufnahme von Steuer- bzw. Vergiftungsstäben, den Abstandshaltern für die Positionierung der Brennstäbe sowie den Brennstäben.40-50 thousand fuel rods, each divided into individual groups of approx. 200 pieces are combined into so-called fuel assemblies. A fuel assembly is made up of two end pieces, the guide tubes for holding control resp. Poison rods, the spacers for positioning the fuel rods as well the fuel rods.
Die Brennstäbe, deren Hüllen aus Zircaloy bestehen, enthalten Kernbrennstoff in oxidischer Form und sind an beiden Enden durch angeschweißte Endstopfen verschlossen.The fuel rods, whose shells are made of Zircaloy, contain nuclear fuel in oxide form and are closed at both ends by welded end plugs.
Während eines längeren Reaktorbetriebes können einzelne Stäbe undicht werden, so dass Kühlwasser eindringen und eventuell auch radioaktive Stoffe austreten können.Individual rods can leak during prolonged operation of the reactor so that cooling water penetrates and radioactive substances may also escape can.
Weiterhin können Verformungen der Brennstabhüllen wie z.B.Furthermore, deformations of the fuel rod cladding such as e.g.
Verbiegung oder Ausbeulung auftreten. In diese Brennstäbe muß nicht unbedingt Wasser eingedrungen sein. Sie werden jedoch ebenfalls als defekte Stäbe bezeichnet, da sie nicht mehr oder nur noch bedingt einsatzfähig sind. Informationen über den Grad der Verformung würden die Entscheidung erleichtern, ob diese Brennstäbe aus dem Kern entfernt werden müssen oder in einer weniger stark beanspruchten Kernzone noch einen weiteren Zyklus eingesetzt werden können.Bending or bulging occur. Does not have to go into these fuel rods water must have penetrated it. However, they are also considered defective rods because they are no longer or only partially usable. information about the degree of deformation would make it easier to decide whether these fuel rods must be removed from the core or in a less stressed core area another cycle can be used.
Gemäß der Hauptpatentanmeldung wird eingedrungenes Wasser mit Hilfe einer Einrichtung ermittelt, deren mit Ultraschallprüfköpfen bestückte Finger in die Räume zwischen den Brennstäben etwa senkrecht zu den Brennstabachsen eingeführt werden. Die von den Ultraschallprüfköpfen ausgesandten Impulse ergeben unterschiedliche Resonanzen zwischen Wasser beinhaltenden und unbeschädigten Brennstäben.According to the main patent application, penetrated water is with the help a device determined whose fingers equipped with ultrasonic probes in the spaces between the fuel rods introduced approximately perpendicular to the fuel rod axes will. The pulses emitted by the ultrasonic probes result in different ones Resonances between water-containing and undamaged fuel rods.
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, diese Einrichtung derart auszugestalten, dass in einem Arbeitsgang sowohl die Lokalisierung der eingedrungenes Wasser aufweisenden als auch die Lokalisierung der eine Verformung aufweisenden Brennstäbe möglich ist.The invention has the task of designing this device in such a way that that both the localization of the penetrated water having in one operation as well as the localization of the fuel rods exhibiting a deformation is possible.
Gelöst wird die Aufgabe dadurch, dass an den Seitenflächen der freien Fingerenden mit Dehnungsmeßstreifen versehene Biegefedern angeordnet sind, deren Abstand "b" mindestens so groB als der Normalabstand zwischen den Brennstäben ist und dass die mit Dehnungsmeßstreifen versehenen Biegefedern mit einer Auswertungsstelle verbunden sind, die den Grad der Durchbiegung mit den Normalwerten vergleicht.The problem is solved by the fact that on the side surfaces of the free Flexural springs provided with strain gauges are arranged, the finger ends of which Distance "b" is at least as great as the normal distance between the fuel rods and that the spiral springs provided with strain gauges have an evaluation point which compares the degree of deflection with the normal values.
Gemäß einer besonderen Ausbildung sind die Mittelachsen von UltraschallprUfköpfenund Biegefedern in vorgebbarem Abstand zueinander versetzt angeordnet oder sie weisen eine gemeinsame Achse auf.According to a special design, the central axes of ultrasonic probes and Spiral springs arranged offset from one another at a predeterminable distance or they have a common axis.
Anhand eines Ausführungsbeispiels und der schematischen Zeichnungen wird die erfindungsgemäße Einrichtung näher erläutert.Using an exemplary embodiment and the schematic drawings the device according to the invention is explained in more detail.
Es zeigen: Fig. 1 einen schematischen Querschnitt durch einen Teil einer Reaktoranlage Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie A-A der Fig. 1 Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie B-B der Fig. 2 Fig. 3a einen Schnitt entlang der Linie C-C der Fig. 2 Fig. 4 eine vergrößert dargestellte Draufsicht auf einen Finger gemäß der Fig. 2 Fig. 5 eine besondere Ausgestaltung der Prüfeinrichtung In Fig. 1 ist mit 1 ein Brennelementlagerbecken bezeichnet.1 shows a schematic cross section through a part of a reactor plant, FIG. 2, a section along the line A-A of FIG. 1, FIG. 3 a section along the line B-B of FIG. 2; FIG. 3a a section along the Line C-C of FIG. 2; FIG. 4 is an enlarged plan view of a finger according to FIG. 2, FIG. 5, a special embodiment of the test device In Fig. 1, 1 denotes a fuel storage pool.
Der Trennriegel 2 ist entfernt, so dass im Brennelementlagerbecken 1 und im Reaktorflutbecken 3 der gleiche Wasserstand vorliegt. Bei dem in bekannter Weise durchzuführenden Brennelementwechsel wird mit Hilfe der TEeskopiereinrichtung 4 der Brennelementwechselmaschine 5 ein Brennelement 6 aus dem Reaktordruckbehälter 7 gezogen.The separating bolt 2 is removed so that it is in the fuel storage pool 1 and the water level in the reactor flood basin 3 is the same. In the well-known The way to change the fuel assembly is carried out with the help of the TEeskopieinrichtung 4 of the fuel element changing machine 5, a fuel element 6 from the reactor pressure vessel 7 drawn.
Die an dem Mast 8 der Brennelementwechselmaschine befestigte Prüfeinrichtung 9 ermöglicht das Ermitteln von defekten Brennstäben während das Brennelement 6 noch über dem Reaktordruckbehälter hängt, während dem Transport in das Brennelementlagerbecken 1 oder an den bereits im Brennelementlagerbecken abgestellten Brennelementen 6a.The testing device attached to the mast 8 of the fuel element changing machine 9 enables defective fuel rods to be identified while the fuel assembly 6 is still hangs over the reactor pressure vessel while it is being transported to the fuel pool 1 or on the fuel elements 6a already parked in the fuel element storage pool.
Die Prüfeinrichtung besteht aus einer Halterung 10, die an dem Mast 8 angeordnet ist. An der Halterung 10 ist ein Traggestänge 11 angelenkt, an dem wiederum eine Tragplatte 12 befestigt ist.The test device consists of a bracket 10 which is attached to the mast 8 is arranged. On the bracket 10, a support rod 11 is articulated to which in turn a support plate 12 is attached.
In Führungen der Tragplatte 12 gleitet das mit kammartig angeordneten Fingern versehene Traggestell 13, an dessen freien Fingerenden die Ultraschallprüfköpfe und die mit Dehnungsmeßstreifen versehenen Biegefedern befestigt sind. Mittels einer Teleskopiereinrichtung ist das Traggestänge 11 höhenverstellbar.In guides of the support plate 12 slides with a comb-like arrangement Fingers provided support frame 13, at the free finger ends of the ultrasonic probes and the spiral springs provided with strain gauges are attached. By means of a Telescoping device, the support rod 11 is adjustable in height.
Die Halterung 10 kann um den Mast 8 drehbar ausgeführt sein, um die Zugänglichkeit an ein Brennelement von allen Seiten zu ermöglichen.The bracket 10 can be designed to be rotatable about the mast 8 to the To enable access to a fuel assembly from all sides.
Das Traggestell 13 mit den Ultraschallprüfköpfen und den mit Dehnungsmeßstreifen versehenen Biegefedern wird im Bereich der unteren Brennstabenden in Pfeilrichtung 14 etwa senkrecht zu den Brennstabachsen bewegt. Drei über die Stablänge verteilte Messungen genügen in der Regel, um eine zuverlässige Aussage über die Anzahl defekter Brennstäbe machen zu können.The support frame 13 with the ultrasonic probes and the strain gauges provided spiral springs is in the area of the lower fuel rod ends in the direction of the arrow 14 moved approximately perpendicular to the fuel rod axes. Three distributed over the length of the stick Measurements are usually sufficient to provide a reliable statement about the number of defects To be able to make fuel rods.
Die Fig. 2 zeigt die Prüfeinrichtung in Kontakt mit der ersten Brennstabreihe eines Brennelementes. Aus Gründen der Ubersichtlichkeit ist ein Brennelement mit nur 5 x 5 Brennstäben dargestellt. Die Einrichtung wird beispielsweise vornehmlich bei einem Brennelement mit 17 x 17 Brennstäben eingesetzt.Fig. 2 shows the testing device in contact with the first row of fuel rods of a fuel assembly. For the sake of clarity, a fuel assembly is included only 5 x 5 fuel rods shown. The establishment, for example, is predominant used in a fuel assembly with 17 x 17 fuel rods.
Das Traggestell 13 ist mit kammartig angeordneten Fingern 26 versehen, an deren Enden 26a die Ultraschallprüfköpfe 22 und die mit Dehnungsmeßstreifen versehenen Biegefedern 30 angeordnet sind.The support frame 13 is provided with fingers 26 arranged like a comb, at their ends 26a the ultrasonic probes 22 and those provided with strain gauges Spiral springs 30 are arranged.
Der Abstand zwischen den Brennstäben beträgt bei Druckwasserreaktoren ca. 2-3 mm. Die Finger 26 sind daher als dünne Metallplatten ausgebildet, die einen Querschnitt von ca.In pressurized water reactors, the distance between the fuel rods is approx. 2-3 mm. The fingers 26 are therefore designed as thin metal plates that have a Cross section of approx.
1 x 20 mm aufweisen.1 x 20 mm.
Der Ultraschallprüfkopf ist ein ca. 1 mm dicker Schwingkristall, der in dieser Größe von der einschlägigen Industrie lieferbar ist. Eine kleine, gewellte Blattfeder 25 ist dem Ultraschallprüfkopf gegenüberliegend in eine Aussparung 27 des Fingers 26 eingelassen und daran beispielsweise durch Nieten oder Punkte befestigt. Beim Einschieben der Einrichtung zwischen die Brennstäbe 24 wird der Federhöcker 19 niedergedrücktund ein Brennstab zwischen den Federhöckern 19, 20 arretiert, so dass der Prüfkopf 22 an den gegenüberliegenden Brennstab gedrückt wird. Bei dem äusseren Brennstab einer Reihe wird die notwendige Andrückkraft mit einer vorgespannten Feder 23 erzeugt.The ultrasonic probe is an approx. 1 mm thick oscillating crystal, the is available in this size from the relevant industry. A small, wavy one Leaf spring 25 is located opposite the ultrasonic probe in a recess 27 of the finger 26 and attached to it, for example, by rivets or points. When inserting the device between the fuel rods 24, the spring hump 19 depressed and a fuel rod locked between the spring bumps 19, 20, see above that the test head 22 is pressed against the opposite fuel rod. In which outer fuel rod of a row is the necessary pressing force with a preloaded Spring 23 is generated.
Die Finger 26 weisen weiterhin mit Dehnungsmeßstreifen versehene Biegefedern 30 auf, die an den Seitenflächen der Finger 26 soweit auskragen, dass der Abstand 'tb" mindestens so groß wie der Normalabstand zwischen den Brennstäben ist.The fingers 26 also have spiral springs provided with strain gauges 30, which protrude so far on the side surfaces of the fingers 26 that the distance 'tb "is at least as large as the normal spacing between the fuel rods.
Wie aus Fig. 3 zu ersehen ist, befindet sich im Finger 26 ein Durchbruch 33. Die vorzugsweise einteilig ausgebildete, sinusförmig gebogene Biegefeder überbrückt diesen Durchbruch 33 und ist in Aussparungen 34 (Fig. 4) derart eingelassen, dass sie bei Belastung in Pfeilrichtung 35 ein bestimmtes Maß frei federn kann. Der Abstand 2Bc" zwischen der Mittelachse 36 der Ultraschallprüfköpfe und der Mittelachse 37 der Biegefeder ist gleich dem Abstand "d" zwischen den Achsen 38 der Brennstabreihen 31, 32. Die Distanz a zwischen Fingeranfangskante 29 und Biegefeder 30 ist so groß bemessen, dass ein Durchfahren bis zur letzten Reihe 28 eines zu prüfenden Brennelements möglich ist.As can be seen from FIG. 3, there is an opening in the finger 26 33. The preferably one-piece, sinusoidally curved spiral spring bridged this opening 33 and is let into recesses 34 (FIG. 4) in such a way that it can spring freely to a certain extent when loaded in the direction of arrow 35. The distance 2Bc ″ between the central axis 36 of the ultrasonic probes and the central axis 37 the spiral spring is equal to the distance "d" between the axes 38 of the fuel rod rows 31, 32. The distance a between the starting edge 29 of the finger and the spiral spring 30 is so great dimensioned that a drive through to the last row 28 of a fuel assembly to be tested is possible.
In Fig. 3a ist die Führung des Traggestelles 13 in der Tragplatte 12 beispielsweise als Flachführung ausgebildet.In Fig. 3a the guidance of the support frame 13 is in the support plate 12 designed for example as a flat guide.
Die Bewegung des Traggestelles 13 in Pfeilrichtung 14 erfolgt mittels nicht dargestellter, hydraulisch, pneumatisch oder elektromechanisch gesteuerter Antriebselemente.The movement of the support frame 13 in the direction of arrow 14 takes place by means of not shown, hydraulically, pneumatically or electromechanically controlled Drive elements.
Sobald die Brennstabreihe 31 mit dem in der Hauptanmeldung näher beschriebenen Verfahren auf Wassereinbrüche untersucht ist, wird die Einrichtung soweit in das Brennelementbündel eingefahren bis die gewellte Blattfeder 25 in die Brennstäbe der Brennstabreihe 32 einrastet. Da die Abstände "c"und "d" gleich sind, erfährt die Biegefeder 30 in dieser Stellung ihre größte Durchbiegung. Je nach Art der Stabverformung können die Biegefederhälften 30a, 30b unterschiedlich stark durchgebogen sein. Ein mit der Biegefeder 30 integrierter Dehnungsmeßstreifen erfährt die gleiche Durchbiegung und gibt über nicht dargestellte Leitungsverbindungen ein Signal an eine Auswertungsstelle. Die Signale werden dort mit den Normalwerten verglichen und geben Aufschluß über den Grad der Brennstabverformung.As soon as the fuel rod row 31 with that described in more detail in the main application Procedure has been investigated for water ingress, the facility will be included in the Fuel assembly retracted until the corrugated leaf spring 25 in the fuel rods the row of fuel rods 32 engages. Since the distances "c" and "d" are the same, learns the spiral spring 30 shows its greatest deflection in this position. Depending on the type of rod deformation the spiral spring halves 30a, 30b can be bent to different degrees. A The strain gauge integrated with the spiral spring 30 experiences the same deflection and sends a signal to an evaluation point via line connections (not shown). The signals are compared there with the normal values and provide information the degree of fuel rod deformation.
Die Überprüfung einer Brennstabreihe nimmt ca. 20 Sekunden in Anspruch, so dass ein nahezu kontinuierliches Durchschieben der Prüfeinrichtung durch das Brennstabbündel erfolgt.Checking a row of fuel rods takes approx. 20 seconds, so that an almost continuous pushing of the test device through the Fuel rod bundle takes place.
Gemäß einer Ausbildung nach Fig. 5 sind Ultraschallprüfkopf und Dehnungsmeßstreifen untereinander angeordnet, so dass eine Brennstabreihe gleichzeitig auf eingedrungenes Wasser und auf Verbiegungen geprüft wird.According to an embodiment according to FIG. 5, there are ultrasonic probes and strain gauges arranged one below the other, so that a row of fuel rods simultaneously on penetrated Water and is checked for bending.
Mit der erfindungsgemäßen Ausbildung wird eine Einrichtung geschaffen, die mit einfachen Mitteln ein gleichzeitiges Prüfen der Brennstäbe auf Wassereinschluß und auf Verformung der Brennstabhülle ermöglicht. Eine separate Einrichtung zur Prüfung auf Verformung der Brennstabhülle ist nicht erforderlich. Somit werden die Prüfzeiten an Brennelementen niedrig gehalten, was einer Reduzierung der möglichen Strahlenbelastung für die Bedienungsmannschaft gleichkommt.With the training according to the invention, a device is created the simple means of checking the fuel rods for water inclusion at the same time and allows for deformation of the fuel rod cladding. A separate facility for Testing for deformation of the fuel rod cladding is not required. Thus, the Test times on fuel assemblies are kept low, resulting in a reduction in the possible Radiation exposure for the operating team.
Leerse iteBlank
Claims (3)
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